重点：空气的焓湿图、干燥机理、干燥 曲线、干燥时间的计算； 难点：空气的焓湿图、干燥机理； 第八章 食品干燥原理 q去湿：除去物料中的水分和或其它溶剂（统称为湿分）的 过程。 q去湿的方法： 机械去湿法：即通过过滤、压榨、抽吸和离心分离等方法除 去湿分。 物理化学去湿法：用吸湿性物料如石灰、无水氯化钙等吸收 水分。该法费用高，操作麻烦，只适用于小批量固体物料的去 湿，或用于除去气体中的水分。 热能去湿法：如蒸发、干燥等 用加热的方法使水分或其它溶剂汽化，并将产生的蒸气排 除，藉此来除去固体物料中湿分的操作，称为固体的干燥。 概述 q干燥过程的分类 按操作压力：常压干燥、真空干燥 按操作方式：连续式、间歇式 按传热方式：传导干燥、对流干燥、辐射干燥和介 电加热干燥，以及由其中两种或三种方式组成的联 合干燥。 q在工业上应用最普遍的是对流干燥。通常使用的干燥介质是 空气，被除去的湿分是水分。空气既是载热体又是载湿体。 q物料的干燥过程是属于传热和传质相结合的过程。 q干燥过程进行的条件：被干燥物料表面所产生水汽（或其 它蒸汽）的压力大于干燥介质中水汽（或其它蒸汽）的分压 ，压差越大，干燥过程进行越快。所以干燥介质须及时将汽 化的水汽带走，以保持一定的汽化水的推动力。 1.1 水蒸气分压pv 空气中水蒸气分压愈大，水分含量就愈高，根据气体分 压定律，则有 1.2 湿度 d ( humidity ) H rm 又称为湿含量或绝对湿度(absolute humidity)。它以湿空 气中所含水蒸汽的质量与绝对干空气的质量之比表示，使用 符号，其单位为：kg水气/kg干空气 。 1 湿空气的热力学性质 常温下，湿空气可视为理想气体，则有 在饱和状态时，湿空气中水蒸气分压pv等于该空气温度 下纯水的饱和蒸气压ps，则有 由于水的饱和蒸气压仅与温度有关，故湿空气的饱和湿 度是温度和总压的函数，即 1.3 相对湿度 当pv=0时，=0，表示湿空气不含水分，即为绝干空气。 当pv=ps时，=1，表示湿空气为饱和空气。 在一定温度及总压下，湿空气的水汽分压pv 与同温度下 水的饱和蒸汽压 pS 之比的百分数，称为相对湿度(relative humidity)，用符号表示，即 u相对湿度：可以说明湿空气偏离饱和空气的程度，能用 于判定该湿空气能否作为干燥介质，值与越小，则吸湿能 力越大。 u湿度：是湿空气含水量的绝对值，不能用于分辨湿空气 的吸湿能力。 在一定总压和温度下，两者之间的关系为 相对湿度和绝对湿度的关系 1.4 湿空气的比热CH 式中 cr湿空气的比热， kJ/(绝干气oC)； cg绝干空气的比热， kJ/(绝干气oC)； cv水气的比热， kJ/(水气oC) 上式说明：湿空气的比热只是湿度的函数。 在常压下，将湿空气中1kg绝干空气及相应kg 水汽的温度 升高（或降低）1oC所需要（或放出）的热量，称为比热，又 称为湿热，用符号CH表示，单位是kJ/(绝干气oC)，即 在常用的温度范围内，有 1.5 湿空气的比容vH 在湿空气中，1kg绝干气体积和相应的Hkg水气体积之和， 称为湿空气的比容，亦称湿容积(humid volume)，用符号vH 表示，单位为：m3湿空气/kg绝干气。 1.5 湿空气的焓 H 湿空气中1kg绝干空气的焓与相应水汽的焓之和，称为湿 空气的焓，用符号h表示，单位是kJ/kg干空气。 注：空气的焓是根据干空气及液态水在0 oC时焓为零作基准而计算的，因 此，对于温度为t 及湿度为的湿空气，其焓包括由0o C的水变为0o C的 水汽所需的潜热及湿空气由0oC升温至t oC所需的显热之和，即 H=Hg+Hvd 式中H湿空气的焓，kJ/kg绝干气； Hg 绝干空气的焓，kJ/kg绝干气； Hv水气的焓，kJ/kg水气。 1.6干球温度t和湿球温度tM tM 补充液，温度tM 空气 湿度H 温度t 干球温度t：空气的温度 湿球温度tM： 不饱和空气的湿球温度tM低于干球温度t。 形成原理（如图所示）： l对于某一定干球温度的湿空气，其相对湿度越低，湿球温度 值越低。对于饱和湿空气而言，其湿球温度与干球温度相等。 在稳定状态时，空气向湿纱布表面的传热速率为： Q=A（t-tM） 对空气水蒸气系统而言， /kH=1.09 气膜中水气向空气的传递速率为：N=kdA（ds-d） 在稳定状态下，穿热速率和传质速率之间的关系为：Q=NL v l湿球温度实际上是湿纱布中水分的温度，而并不代表空气的真 实温度，由于此温度由湿空气的温度、湿度所决定，故称其为湿 空气的湿球温度，所以它是表明湿空气状态或性质的一种参数。 强调： 7 露点 td 不饱和的空气在湿含量不变的情况下冷却，达到饱和状 态时的温度，称为该湿空气的露点(dew piont),用符号td表示。 当空气从露点继续冷却时，其中部分水蒸汽便会以露珠的 形式凝结出来。空气的总压一定，露点时的饱和水蒸汽压ps,td 仅与空气的湿度Hs,td有关，即 ps,td=f(Hs,td) 或 td= (Hs,td) 湿 度越大，td 越大。 在露点时，空气的湿度为饱和湿度，=1。 9 绝热饱和温度tas 空气 tas，Has，I2 空气 t，H，I1 补充水 tas 水 tas 绝热降温增湿过程及等焓过程 在空气绝热增湿过程中，空气失去的是显热，而得到的是汽 化水带来的潜热，空气的温度和湿度虽随过程的进行而变化， 但其焓值不变。 形成原理： 绝热增湿过程进行到空气被水汽 所饱和，则空气的温度不再下降， 而等于循环水的温度，称此温度为 该空气的绝热饱和温度，用符号tas 表示，其对应的饱和湿度为as，此 刻水的温度亦为tas。 塔顶和塔底处湿空气的焓分别为： 由于和as值与l相比皆为一很小的数值，故可视为CH 、 CHas不随湿度而变，即CH=CHas 。则有 湿空气在绝热增湿过程中为等焓过程，即：I1=I2 实验测定表明，对于在湍流状态下的空气水蒸气系统 而言，a/kH CH ， 同时 r00 rtw，故在一定温度t和湿度H下 ，有 强调：绝热饱和温度tas与湿球温度tw是两个完全不的概念。 但是两者都是湿空气状态(t和H)的函数。特别是对空气水 气系统，两者在数值上近似相等，对其他系统而言，不存在 此关系。 对空气水蒸气系统 ，干球温度、绝热饱和温度（或湿 球温度）及露点之间的关系为： 对于不饱和湿空气： ttas（或tw）td 对于饱和的湿空气： t tas（或tw） td 湿空气是干空气和水蒸气的混合物，在食品干燥中，湿空气 起着传热与传质的作用，即湿空气将加热器提供的热量传输给 食品，食品受热后蒸发出来的水分再由湿空气携带出去。 前面给出了湿空气各项状态参数之间的相互关系。若将这些 关系直接用于食品干燥的计算中，往往和复杂。 为了简化计算过程，人们绘制成湿空气性质的状态图，常称 为湿空气的湿焓图。 图上共有五种线，图上任一点都代表一定温度t和湿度的 湿空气状态。 l等湿度线(等rm线)： l等焓线(等H 线线)： l等温线(等t线)： l等相对温度线（等线） l水蒸汽分压线： 2、湿空气的湿度图 1 等湿度线(等d线) 2 等焓线(等h线) 3 等温线(等t线) 当空气的干球温度t不变时，I与H成直线关系，故在I-H图中 对应不同的t，可作出许多等t线。 各种不同温度的等温线，其 斜率为(1.88t+2492)，故温度愈高，其斜率愈大。因此，这许多 成直线的等t线并不是互相平行的。 一组与纵轴平行的直线。在同一条等H线上，湿空气的露点 td不变。 一组与横轴平行的直线 。在同一条等I线上，湿空气的温度 t随湿度H的增大而下降，但其焓值不变。 4 等相对温度线（等线） 当湿空气的湿度rm为一定值时，温度愈高，其相对湿度值愈 低，即其作为干燥介质时，吸收水汽的能力愈强，故湿空气进 入干燥器之前必须经过预热器预热提高温度，目的除了提高湿 空气的焓值使其作为载热体外，也是为了降低其相对湿度而作 为载湿体。 5 水蒸汽分压线 该线表示空气的湿度rm与空气中的水蒸汽分压p1之间关系曲 线。当湿空气的总压不变时，水蒸汽的分压p1随湿度而变 化。水蒸汽分压标于右端纵轴上，其单位为kPa。 应用湿焓图需注意以下三点： 1、干球温度、露点和湿球温度（或绝热饱 和温度）都是由等干球温度线确定的。 2、通过等湿线与=100%的饱和空气线交 点的等温线为露点； 3、通过等焓线与=100%的饱和空气线交 点的等温线所示温度为湿球温度。 l等湿度线 l等干球温度线 l等焓线 l等相对湿度线 l等比容线 l饱和线 已知任何两个独立参数，可在图上找出状态点A，然后由该 点找出其他参数。例如：已知干球温度60和湿球温度35 。求该空气的其他参数。 35 1 2 应用一：空气的加热和冷却。 30 80% 80 应用二：两种空气的混合过程。 两种状态的湿空气A和B混合后的状态点C必在AB的连线上。根据 质量守恒原理，混合后状态点位置必靠近气体质量较大的一方。 例题：将70 、相对湿度为30%，流量为10m3/h的 废气与30 、相对湿度为60%，流量为20m3/h新鲜 空气混合。确定混合气体的干球温度和湿含量。 应用三：干燥过程。若这一过程为绝热干燥过 程,则表示为AB。 绝热干燥过程必需符合以下三个条件： 1、不向干燥器中补充热量； 2、忽略干燥器向周围散失的热量； 3、物料进出干燥器的焓相等。 是一个理想的干燥过程，但它能简化干燥 的计算，并能在图上迅速确定空气离开干 燥器时的状态参数。 例题：将50 、相对湿度为10%的热空气应用在大米的薄 层干燥上，空气在饱和状态下排出。求每千克干空气移出 水的量。（此过程为绝热干燥过程） A E D F B C tw td =1 rm p H 干球温度t、露点td、湿球温 度tw（或绝热饱和温度tas）都 是由等t线确定的。 根据湿空气任意两个独立的参数，就可以在rm-H图上确定该 空气的状态点，然后查出空气的其他性质。 非独立的参数如：tdrm，prm，tdp，twH，tasH等，它们 均在同一等H线或等I线上。 湿焓图的说明与应用 通常根据下述已知条件之一来确定湿空气的状态点，已知条 件是： 0 H A =1 t tw I 1 2 3 0 H A =1 t td I 1 2 3 0 H A =1 t I 1 2 （）湿空气的干球温度t和湿球温度tw； （）湿空气的干球温度t和露点td ； （）湿空气的干球温度t和相对湿度。 例： 已知湿空气的总压为101.3kN/m2 , 湿度为rm=0.02 kg水/kg 干空气，干球温度为70o C。试用rm-H图求解： (a)水蒸汽分压p； (b)相对湿度 ； (c)热焓H； (d)露点td ； (e)湿球温度tw ； 解 由已知条件：101.3kN/m2， H=0.02 kg水/kg干空气， t=70o C，在rm-H图上定出湿空气的状态点点。 pv=3kN/m2 =10% I122kJ/kg干空气 td=24oC tw=33o C tB tA B A tB tA B A =1 H I 1 间壁式加热和冷却 若空气的温度变化范围在露点以上，则空气中的含水量始终 保持不变，且为不饱和状态，为等湿过程，过程线为垂直线。 四、湿空气的基本状态变化过程 2 间壁式冷却减湿 B A =1 H I HA HB 利用上述方法，如果将 凝结出来的水分设法除去， 再将所得的饱和空气加热， 则不会恢复原来的状态，而 空气的湿度小于原空气的湿 度，即达到减湿的目的。 上述间壁式冷却过程当进行至露点，空气即达到饱和状